The Robots

Introduction
I. Pour l’histoire
1) Définition
2) Entre rêve et science fiction
3) Un siècle de Robotique
II. Exemple de robots
1) Caspar : l’assistant du chirurgiens
2) Aibo : le toutou fidèle
3) Microbes : les robots scientifiques
III. Réalité ou science fiction
1) La technologie s’inspire du naturel
2) La bionique en émergence
3) L'exposition : " L'homme transformé "
Conclusion
Bibliographie

Nés, de la plume du romancier tchèque Karel Capek en 1921, le mot robot a été introduit dans la langue courante en l'adaptant du mot tchèque : robota (travailleur terne). Dans sa pièce de théâtre Rossum's Universal Robots, les robots remplacent les ouvriers dans les usines, tandis que l'héroïne essaie de sauver ces machines qui montrent parfois un supplément d'âme. Les problématiques du travail mécanisé et de l'intelligence artificielle sont ainsi lancées avant même la construction des premières machines. Plus le temps passe, plus elles sont devenues des outils sophistiqués et doués de leur propre moyen d’analyse. Nous vairons, au travers de trois exemples une panoplie de domaine d’application dont les limites sont généralement la conscience, l’éthique et l’imagination. Celle-ci est suscité en analysant les modèle déjà présent dans la nature, puis synthétisé et matérialisé.

Un robot est un système mécanique poly-articulé mû par des actionneurs et commandé par un calculateur qui est destiné à effectuer une grande variété de tâches.

Pour les origines, nous devons remonter jusqu'à la mythologie. Quand Pygmalion Tomba amoureux de sa belle création Galatée, Vénus avec compassion, insuffla la vie à la statue de marbre et Pygmalion fut béni par sa délicieuse femme-robot.
Sautant de la mythologie à l'histoire plus récente, on peut noter que bien avant la révolution industrielle, les mécanismes qui contrôlaient les mouvements tels que ceux des horloges et des automates étaient construits en incluant des concepts mécaniques ingénieux. Le bon exemple serait celui de l'horloge de Strasbourg, construite en 1574, qui a utilisé des leviers intérieurs et des soufflets pour faire annoncer midi à un oiseau en le faisant battre des ailes, bouger la tête, ouvrir son bec et chanter trois fois. Aujourd'hui encore, une bonne partie de la production automatique est effectuée avec des engrenages, des leviers et des mains. Ce sont des systèmes en "boucle ouverte". La commande en boucle fermée est née en 1788 avec le mécanisme de régulation de James Watts. Le mécanisme de régulation était un système à réaction mais ce n'est qu'au moment de la seconde guerre mondiale que le besoin de créer des systèmes de commandes automatiques pour la navigation et les systèmes de visée en artillerie a entraîné le développement d'une intelligence formelle de servomécanismes. La théorie des servomécanismes a rendu possible la réalisation de programmes de contrôle pour des bras robotisés.

Le succès du premier robot industriel qui était l'opérateur d'une machine de moulage sous pression, n'a pas généré une acceptation immédiate. De nombreux responsables de fabrication qui ont lu et entendu la publicité faite pour Unimate 001 considéraient encore la robotique comme de la science-fiction. Pour chaque nouveau travail qui était proposé à un robot industriel, il fallait dépasser un scepticisme considérable. Le développement sérieux a commencé aux alentours de 1956 avec l'heureuse adjonction dans la boîte à outils des commandes numériques et de l'électronique à semi-conducteurs.
En 1966, Unimation Inc, a été rejoint par un groupe de concurrents qui allaient avoir une partie du gâteau de la robotique. l'intérêt suscité aux USA et en Europe n'était pas à la mesure de celui du Japon. Après qu'Unimation ait reçu la première commande importante pour des robots industriels de la part de General Motors pour 66 machines, le gouvernement japonais était déjà sur le chemin pour devenir le leader mondial de la robotique industrielle.
En 1971, le Japon avait formé son Association de Robotique Industrielle(JIRA), et peu après, elle pouvait afficher 46 membres. C'est seulement en 1975 que les Etats-Unis ont créé leur propre association de la robotique industrielle.
En 1973, on pouvait recenser 71 entreprises qui développaient des robots. En 1974, Joe Engelberger avait fait des prévisions indiquant que l'industrie de la robotique représenterait pour 1990 un chiffre d'affaires annuel de 3 milliards de dollars. Sa prévision était correcte, l'industrie valait effectivement 3 milliards de dollars en 1990, mais il n'avait pas prévu qu'elle serait contrôlée à 70 % par le Japon.
Depuis, les spécialistes en robotique ont travaillé pour marier la technologie de la robotique à des applications particulières. Ceci a eu comme résultat l'adoption par les robots d'une grande variété d'aspects physiques, ainsi sont nés les Scara, les cylindriques, les portiques, les parallèles, les sphériques pour des charges de quelques kilos, des robots pour des masses de plus de 400 kilos, des robots dédiés pour la peinture ou la palettisation.
Et si beaucoup de travaux industriels sont et peuvent être faits par des robots sourds, muets ou aveugles, les aspects sensoriels sont de plus en plus mis en avant, vision, relocalisation, suivi de trajectoire, capteurs de force… sont autant de composants qui donnent au robot un minimum d’intelligence qui reste tout de même artificielle.
La robotique industrielle a de beaux jours devant elle. Elle représentait en 1998, 4.2 milliards de dollars et le parc mondial serait de plus de 700.000 robots dans le monde selon l'IFR (Instituts Fédératifs de Recherche).
Depuis une dizaine d'années, le père de la robotique industrielle vogue vers d'autres cieux et notamment ceux de la robotique de service, dont il est l'un des fervents défenseurs. Cette année, pour la première fois, l'IFR a organisé des statistiques sur les robots de services afin de mieux les référencer.

Voici quelques exemples de machines à travers trois robots célèbres dans différents domaines d’application tels que médical, domestique ou scientifique.

Capable de découper des œufs sans rompre la membrane qui tapisse leur coquille ! Caspar, pour Computer assisted surgical planning and robotics, est un robot très habile et précis au dixième de millimètre près.
Caspar sait préparer une opération de chirurgie orthopédique. Grâce à son logiciel propriétaire Proton, qui tourne sur une machine dédiée, il récupère toutes les images concernant la hanche ou le genou d’un patient. Pour l’heure, ce sont ses deux premières applications ! Il compile les informations et fournit au praticien différentes vues de la partie à opérer : coupes longitudinales, transversales ou sagittales.
Sur son ordinateur, le chirurgien teste alors différentes prothèses. Il peut passer d’une vue à une autre rien qu’en déplaçant le curseur. Les images lui fournissent aussi une idée de la densité de l’os. Ce qui lui permet de décider s’il doit encore creuser ou mettre en place une prothèse plus fine.
Une fois son choix arrêté sur un modèle et une position, le chirurgien clique sur le bouton d’enregistrement du logiciel. Toutes les données sont transmises à une carte que le praticien va insérer dans une autre station, celle qui contrôle le robot. C’est alors que le bras aux six articulations de Caspar (pour être aussi agile qu’une main) entre en action. Les données transmises par l’ordinateur, qui le guide, vont permettre au robot de repérer la zone à opérer. Muni d’une fraise, d’un foret ou d’une scie oscillante, selon le choix du praticien, il va préparer le lit de la prothèse. Finis les râpes, même motorisées, ou le marteau et le burin avec lesquels les praticiens actuels ont débuté leur carrière.

L'animal domestique du siècle prochain a de quoi faire fantasmer . Il réagis à toutes sortes de stimuli, visuels, sonores, tactiles ou même cinétiques : recueillies par plusieurs détecteurs sensoriels disposés dans les pattes, sur la tête et le long du corps, une caméra cachée sous le museau, un infrarouge qui mesure les distances, un détecteur de mouvement giratoire et un autre d'accélération. Les différentes données de l'environnement extérieur sont traitées par l'unité centrale et transformées en des réactions aléatoires en temps réel. En outre, un logiciel module le comportement du robot en fonction du dressage qu'on lui inculque, sur la base de la réprobation ou de la satisfaction exprimée par le maître. Aibo, qui a dans sa tête et son ventre l'équivalent en composants électroniques d'un PC, est censé évoluer et exprimer des émotions. Afin d'en augmenter les possibilités ludiques, on peut "customiser" sur PC les barrettes mémoires d'Aibo pour le doter de nouveaux mouvements que l'on élabore et teste à partir d'une image du toutou en 3D, ou bien pour modifier les sons (ou les chansons, pourquoi pas ) que l'on souhaite l'entendre japper, à l'aide de simples fichiers wave. Une télécommande permet aussi de lui donner des instructions. Puis, quand sa batterie est vide, Aibo retourne de lui même à sa station de rechargement. Aibo signifie rien moins que " Artificial Intelligence Robot ".

Son concepteur (Alexis Drogoul) ne croit pas à l'intelligence isolée, celle qui émerge de la seule complexité d'un système, fût-ce le cerveau humain. Pour ce jeune chercheur en informatique, toute intelligence est sociale, produit des relations qu'entretient un individu avec son milieu. D'où l'idée du programme Microbes, qu'il mène depuis le laboratoire d'informatique de Paris-VI (LIP6). Un projet qui consiste à laisser déambuler dans les couloirs du laboratoire une dizaine de microrobots autonomes, de ne leur assigner aucune tâche et de convoquer ensuite quelques sociologues et anthropologues pour noter comment chacun s'est adapté à la situation, robots comme êtres humains.
Passionnant ; mais, à voir la tête des cobayes, on se demande où ces autos tamponneuses au regard de cyclope peuvent bien cacher ne serait-ce qu'un embryon d'intelligence. En fait, les robots « microbes » sont truffés de capteurs. Leurs pare-chocs, par exemple, leur permettent de réagir aux collisions en entamant une marche arrière. Les huit médaillons qui décorent leurs flancs sont des sonars. Avec eux, les robots fonctionnent comme des chauves- souris, en émettant des ultrasons, déduisant la distance les séparant de l'obstacle. Petit à petit, les robots construisent ainsi une carte des lieux. Et, lorsqu'ils sont désorientés, la caméra qui les surmonte les aide à se repérer.
Mais tout cela ne servirait à rien si les robots n'étaient dotés de l'équivalent d'un cerveau. A l'intérieur de leur carcasse rouge, un microcontrôleur centralise les informations et les transmet à un ordinateur communicant, équipé d'un modem radio. Le programme, développé sous Linux, comprend à la fois le système de navigation du robot (la cartographie et la localisation) et son modèle de comportement, c'est-à- dire l'architecture de contrôle qui associe à une information une attitude. Ce dernier est en cours de définition par les chercheurs du LIP6.
Avec ces outils, les robots devront apprendre à résoudre leurs conflits et à développer des synergies. Des bornes de recharge vont être disposées dans les couloirs pour leur permettre de faire le plein d'énergie. Mais tous ne pourront les utiliser en même temps, il faudra définir un ordre. Différents critères s'offrent aux chercheurs : la distance parcourue par chaque robot ou le total d'êtres humains rencontrés dans la journée, par exemple. Les « microbes », qui échangeront des données sous une forme proche du courrier électronique, seront alors libres de définir leur propre stratégie pour être le leader.
A quoi servira cette expérience ? Alexis Drogoul a déjà imaginé des robots-guides, comme celui qui est développé pour la visite des musées par l'université Carnegie Mellon, aux Etats-Unis. Avec un appendice supplémentaire pour le son, ces robots pourraient aussi lire les agendas partagés des chercheurs et venir les chercher en réunion pour les prévenir d'un rendez-vous. Mais, le plus innovant, il en est persuadé, viendra des observations des chercheurs qui auront cohabité avec les « microbes ». A terme, les robots coopératifs pourraient trouver leur place dans la maison en offrant leur mobilité aux objects qui en sont dépourvus, ou, de manière plus inattendue, en transférant leur structure sociale minimale aux appareils connectés pour leur permettre de mieux gérer les ressources et de s'entraider.

Ces technologies inspirées de la nature offrent au chercheur de nombreuses possibilités. Les robots prennent de plus en plus une forme animale et tentent de synthétiser des schémas universels présents dans notre entourage.

L'intelligence artificielle bute en effet sur les situations impossibles à décrire avec un jeu d'instructions . Une telle simplification de la description du réel conduit à l'échec, malgré l'explosion de la puissance des ordinateurs. Désormais le problème, c'est de comprendre la perception qui permet au milieu d'un déluge d'informations de distinguer ce qui lui donne sens. D'où l'étude d'animaux dont les aptitudes, même inférieures à celles de l'homme, restent encore hors de portée des robots. La vision des abeilles fait partie de ces systèmes par exemple. Le mouvement des images défile devant leurs yeux à facettes pour se diriger. En les entraînant à voler dans un tunnel dont les murs étaient recouverts de bandes verticales de taille variable, il a été possible d’extraire des informations transposables à des systèmes de commande d'un robot doté de deux caméras panoramiques. Il n'a pas besoin de connaître l'environnement dans lequel il évolue, il se fie uniquement à la déformation de l'image enregistrée par ses caméras. Le robot peut ensuite revenir directement en ligne droite à son point de départ. Son équipe travaille à la mise au point d'un hélicoptère autonome capable de voler en rase-mottes en s'inspirant du même principe.

Cette approche darwinienne de la robotique consiste à faire évoluer des comportements en croisant des algorithmes de commande et en ne retenant que les plus adaptés. L'informatique est un outil prodigieux pour les simuler, et multiplier les générations. Certains chercheurs ont ainsi modélisé le mode de locomotion de la salamandre, et obtenu des lignées capables de se déplacer avec aisance. La revue Nature (31 août) décrivait récemment comment Hod Lipson et Jordan Pollack, de l'université Brandeis (Massachusetts), ont fait évoluer des robots capables de se mouvoir et de commander leur propre construction à partir d'un réseau neuronal.
Une autre approche consiste à créer des interfaces entre circuits électroniques et êtres vivants. Il a ainsi été possible télécommander un cafard à l'aide de quatre électrodes. D'autres projets consistent à disposer des cellules nerveuses sur des supports électroniques, et à mesurer les influx électriques. Cette combinaison de la puce et de la boîte de Petri a permis à un chercheur du California Institute of Technology de contrôler un animat de synthèse par des neurones mis en culture. Un cerveau de lamproie a même pu guider son clône informatique sur ordinateur.
Ces technologies rejoignent les recherches sur les divers implants visant à pallier certains handicaps humains. La bionique est en émergence.

L'exposition L'homme transformé , qui a ouvert ses portes le 13 novembre 2001 invite à un voyage fantasmatique, mythique et utopique à l'intérieur du corps humain. En expliquant comment les développements récents des sciences et des technologies modifient la vision que l'homme a de son corps et de ses relations à autrui, la Cité des sciences et de l'industrie entend non seulement proposer une vision pertinente des scénarios du futur mais également susciter une réflexion sur l'avenir de l'homme. Cette exposition s'inscrit dans un lieu unique, un immense object à la surface réfléchissante, posé dans l'espace, intrigant, attirant. Une fois franchi le sas d'entrée, le visiteur pénètre dans ce qui se révèle une gigantesque cellule dont la membrane constitue une vaste surface de projection. Il s'intègre aussitôt à cet organisme vivant avec lequel il peut interagir.
Tout, depuis le choix des matériaux très " organiques ", les modalités d'échange des informations au niveau des membranes de l'exposition conçue comme un organisme vivant, les interactions corporelles des visiteurs avec la technologie mise en œuvre, tout concourt à illustrer les avancées fulgurantes des sciences et l'évolution de nos rapports aux technologies actuelles. L'exploration se poursuit dans l'univers non moins étonnant des alvéoles consacrées aux trois grands thèmes de l'exposition (l'Homme artificiel, l'Homme biotique, l'Homme réseaux). Derrière la membrane interne interactive, l'épaisseur de l'object-exposition est creusée d'alvéoles cernées par des membranes souples. Là, le visiteur peut expérimenter des réalisations de vie artificielle, de robotique, comprendre les recherches et les techniques de réparation du corps par des éléments artificiels Le visiteur est accueilli par Robota, un charmante robot Il ne lui ne manque que la parole pour ressembler à une véritable jeune fille. Qu'à cela ne tienne ! Comme les parents le font avec leur enfant, le visiteur va apprendre à Robota à parler, en lui demandant de désigner, par des mots et des gestes, certaines parties de son corps : sa tête, ses bras, ses jambes. Grâce à son réseau neuronal, Robota va progressivement affiner son savoir.
Dans les alvéoles consacrées à " l'homme artificiel " le visiteur découvre l'univers des êtres artificiels qui prennent vie sur des écrans ou dans des robots. Longtemps on a vu le corps comme une mécanique compliquée que l'on tentait d'analyser morceau par morceau. Aujourd'hui, en modélisant grâce à l'ordinateur les mécanismes et fonctions du vivant, les chercheurs espèrent mieux comprendre les interactions à l'intérieur de l'organisme.
Cette démarche pose une question majeure : l'intelligence, cette qualité fondamentale de l'homme, doit-elle désormais appartenir aussi à des créatures artificielles ? L'œuvre suivante propose au visiteur de dessiner une créature artificielle et d'interagir avec l'écosystème dans lequel elle est destinée à vivre. Pour percer les secrets du vivant, les chercheurs recourent en effet de plus en plus à des techniques de modélisation de la vie artificielle. L'ordinateur devient une sorte de laboratoire expérimental, un macroscope permettant de reproduire la complexité du vivant, de l'analyser, de la comprendre. Ces créatures qui miment les mécanismes de l'évolution peuvent-elles être considérées, pour autant, comme des êtres vivants ?
Le corps de l'homme biotique est le champ d'investigation de la biologie et de l'informatique, qui s'associent pour scruter la matière et la vie et pour réparer certains dommages du corps humain. En ce début du 21ème siècle, la recherche sur le vivant se focalise ainsi sur l'homme moléculaire. En parcourant l'alvéole qui lui est consacrée, le visiteur découvre comment atomes et molécules peuvent être manipulés à l'intérieur même de la cellule vivante. Or notre corps contient environ 60 000 milliards de cellules en activité incessante, abritant, chacune, un monde grouillant de molécules. Grâce aux nanotechnologies, ce voyage fantastique dans l'infiniment petit est devenu possible et les grandes molécules du vivant, ADN et protéines, livrent peu à peu leurs secrets.
Pour pallier les déficiences du vivant, la médecine recourt à des prothèses et des implants qui, une fois introduits dans l'organisme, s'oublient et se défient du temps. Explorant le corps humain de l'homme bionique, une vidéo interactive permet au visiteur de découvrir les recherches en cours sur les prothèses, implants ou appareils électroniques capables de reconstruire le corps humain ou de stimuler ses organes et leurs fonctions.

L'homme a toujours communiqué, mais il est aujourd'hui connecté à un nombre impressionnant de réseaux de plus en plus performants. Un nouvel " homme communicant " a fait son apparition. Ordinateur portable, téléphone à hauts débits, assistant personnel numérique. Il porte sur lui des outils nomades de grande puissance, qui peuvent communiquer entre eux, grâce à des technologies wireless. L'homme communicant vit en symbiose avec l'environnement qu'il a créé. Au point que sa maison, son bureau, sa voiture deviennent " proactifs " : ils anticipent sa demande et apprennent à partir de ses comportements.

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